Bioenergi och bilar: Primärenergianvändning, koldioxid och integrering av förnybar energi

Transkript

1 Bioenergi och bilar: Primärenergianvändning, koldioxid och integrering av förnybar energi Leif Gustavsson Bioenergidagen November, Linnéuniversitetet, Hus H, Sal Linné Växjö

2 Global primärenergianvändning och trend i utveckling EJ/yr Bedömning 2011 År Totalt i Exajoul Fördelning i % Oil Coal Gas Total fossil Bioenergy Nuclear Other Bedömning 2016 Source: International Energy Agency (IEA), World Energy Outlook 2011 IEA, World Energy Outlook 2013; IEA, Key World Energy Statistics IEA, World Energy Outlook 2016

3 Energisektorns utsläpp av koldioxid - enligt IEA 2016 Paris agreement, article 2a: Holding the increase in the global average temperature to well below 2 C above pre-industrial levels and pursuing efforts to limit the temperature increase to 1.5 C above pre-industrial IEA World Energy Outlook 2016

4 Vi behöver förnybara resurseffektiva energi- och materialkedjor - från naturresurs till levererad tjänst Exempel på energikedja för rumsuppvärmning med el Primärenergianvändning Slutlig energianvändning Energitjänst

5 Primär och slutlig energianvändning inom EU27 år Energy balance (EJ) Non-specified Non-energy use Transport Electricity Heat for Industry Heat for Buildings 0 Primary Primary Energy energy Supply use Energy Final Consumption carriers Final End energy Use use Nästan 50% av slutlig energianvändning inom EU är för värme inom bostäder, service och industri Värme har en hög verkningsgrad från primärenergi till slutlig användning jämfört med el och transporter Kan verkningsgrad för el och transporter förbättras genom samproduktion av el och värme, och elektrifiering av transporter? Source: Connolly et al., Heat Roadmap Europe Second Pre-study for the EU27. Department of Development and Planning. Aalborg University. Vestre Havnepromenade 5, 9000 Aalborg, Denmark; 2013.

6 Primärenergianvändning inom EU27 för elproduktion och producerad mängd el år 2011 (TWh) Primary energy use Coal 2535 ~ 35%* Electricity production Oil (244) Gas 1570 ~ 30%* ~ 44%* Coal Oil (74) Gas 907 Nuclear Nuclear Hydro (314) Bioenergy Other renewables (291) Source: World Energy Outlook ~ 33%* ~ 27%* 311 Hydro Bioenergy (153) Wind (179) Others (53) * Electricity production/primary energy use Moderna biobaserade kraftvärmeverk har en verkningsgrad om 85 % (el och värme)

7 Fjärrvärmesystem inom EU27 Cirka 6000 fjärrvärmesystem finns idag Fjärrvärme svarar för cirka 13% av total värmeförsörjning av bostäder och service Potential expansion är upp till 30% år 2030 och 50% år Source: Connolly et al., Heat Roadmap Europe 2050

8 Produktionskostnad biobaserad fjärrvärme Olika stora fjärrvärmesystem och olika omvandlingstekniker District heat production cost ( /MWh) Heat-only boilers DME unit CHP unit (Reference) Scale of district heating system (GWh heat /year) Adapted from: Truong N.L. and Gustavsson L Integrated biomass-based production of district heat, electricity, motor fuels and pellets of different scales. Applied Energy 104:

9 Bioenergi är kontroversiellt internationellt Dess klimatnytta ifrågasätts Stories from Climate Central's Science Journalists and Content Partners, August 9th, 2016 European Union climate rules treat woody biomass energy as if it s as clean as solar or wind energy, despite it releasing more heat-trapping carbon dioxide for every megawatt of electricity produced than coal

10 Human activities GHG emissions Albedo change Aerosols Ozone Radiative forcing (IPCC 2013) Antropogen klimatpåverkan Kumulativa CO 2 emissioner är enligt IPCC den bästa predikatorn för framtida globala temperaturförändringar Mean temperature change Physical, ecological, and social disturbances

11 Ett jämförande exempel: Bioel och kolel En MWh elektricitet produceras varje år under 40 år i en separat elproduktionsanläggning Hela energikedjor beaktas - från utvinning av bränsle till förbränning Bästa teknik förutsätts Bioenergi Grot (grenar och toppar) skördas i södra Norrland Transporteras 100 km med lastbil km med tåg km med fartyg till hamn i Europa Levereras som flis Verkningsgrad anläggning: 42% (LHV) Stenkol Utvinning och transport släpper ut CO 2 motsvararande 10% av utsläpp vid förbränning Verkningsgrad anläggning: 44% (LHV) Grot (grenar och toppar) lämnas kvar i skogen och bryts ned naturligt

12 En avgörande fråga: Vad händer med biomassan om den inte används för energi? CO 2 till atmosfären Based on: Gustavsson L., Haus S., Ortiz C., Sathre R., and Truong N.L. (2015) Climate effects of bioenergy from forest residues in comparison to fossil energy. Applied Energy, Vol. 138: p Naturlig nedbrytning av grot som lämnats kvar i skogen i södra Norrland Hyggesrester lagda i hög (vänster) matas ned i en grop och förbränns (höger bild) Norra Florida i USA.

13 Kumulativa CO 2 emissioner till atmosfären (Baserat på Sathre, Truong & Gustavsson, Climate effects of electricity production fuelled by coal, forest slash and municipal solid waste with and without carbon capture, manuscript) Bioel CO 2 -bränslecykel Kumulativa emissioner (kg CO 2 ) Kolel Plus CO 2 från nedbrytning av grot CO 2 -bränslecykel Bioel minus Kolel CO 2 -skillnad kolel och bioel

14 Bioenergi och bilar många alternativ Här redovisas: Biodrivmedelsproduktion i separata anläggningar Bioel Metanol DME Samproducerad Separat produktion Grundantaganden: Jämförelsen baseras på en körsträcka om 1 km Hela energikedjor beaktas Råvara är grot (grenar och toppar)

15 Analyserade parametrar Primärenergianvändning CO 2 -bränslecykel CO 2 från naturlig nedbrytning av grot Kumulativa CO 2 -emissioner Hur jordens stålningsbalans påverkas

16 Analyserade bilar Märke Model Energibehov bilen (kwh/km) El Bensin Diesel Ford - Laddhybrid, bensin Fusion Bensinhybrid Fusion Mercedes-Benz - El B-class Bensin B-class Diesel B-class Toyota - Laddhybrid, bensin Prius Bensinhybrid Prius

17 Biobaserade omvandlingstekniker Separat elproduktion Ångturbin (BST) Förgasningsteknik med kombicykel (BIGCC) Samproduktion av el och fjärrvärme Ångturbin (BST) Förgasningsteknik med kombicykel (BIGCC) Separat drivmedelsproduktion, DME och metanol (MeOH) Förgasningsteknik

18 Mercedes Benz B: Primärenergianvändning Primary energy use (kwh/km) Fossil Diesel Gasoline DME MEOH Biomass BST BIGCC BST BIGCC FV FV EV-standalone EV-CHP Based on Leif Gustavsson and Nguyen Le Truong, Bioenergy pathways for cars: Effects on primary energy use, CO 2 emission and energy system integration (accepted for publication in Energy, April 6, 2016)

19 Mercedes Benz B: CO 2 från bränslecykel 600 Fossil 565 Biogenic CO 2 emission (g CO2 /km) Diesel Gasoline DME MEOH BST BIGCC BST BIGCC FV FV EV-standalone EV-CHP Based on Leif Gustavsson and Nguyen Le Truong, Bioenergy pathways for cars: Effects on primary energy use, CO 2 emission and energy system integration (accepted for publication in Energy, April 6, 2016)

20 Mercedes Benz B: Kumulativa CO 2 -emissioner från bränslecykel och nedbrytning av grot - Bensinbil och metanolbil 800 Bensinbil + nedbrytning grot 1,6 kwh Cumulative CO2 emission (g/km) Fossil CO 2 emission Metanolbil Year Based on Leif Gustavsson and Nguyen Le Truong, Bioenergy pathways for cars: Effects on primary energy use, CO 2 emission and energy system integration (accepted for publication in Energy, April 6, 2016)

21 Mercedes Benz B: Kumulativa CO 2 -emissioner från bränslecykel och nedbrytning av grot - Bensinbil eller elbil med el från separat anläggning med BIGCC teknik 800 Cumulative CO2 emission (g/km) Bensinbil + nedbrytning grot 0,58 kwh Elbil Year Based on Leif Gustavsson and Nguyen Le Truong, Bioenergy pathways for cars: Effects on primary energy use, CO 2 emission and energy system integration (accepted for publication in Energy, April 6, 2016)

22 Mercedes Benz B: Kumulativa CO 2 -emissioner från bränslecykel och nedbrytning av grot - Bensinbil eller elbil med samproducerad el med BIGCC teknik 800 Cumulative CO2 emission (g/km) Bensinbil + nedbrytning grot 0,38 kwh Elbil Year Based on Leif Gustavsson and Nguyen Le Truong, Bioenergy pathways for cars: Effects on primary energy use, CO 2 emission and energy system integration (accepted for publication in Energy, April 6, 2016)

23 Möjligheter att integrera förnybar el Kapacitet batterier Mercedes-Benz B: 28 kwh Tesla Modell S: kwh Energibehov lägenhet om 100 m 2 Årligt hushållselbehov kwh/m 2 Årligt värmebehov kwh/m 2 ) El årsgenomsnitt: 4-7 kwh/dag Värme årsgenomsnitt: kwh/dag Batterier i elbilar kan bidra till lagring av solel och vindel Fjärrvärme med kraftvärme och värmelager kan utnyttjas för att integrera solel och vindel minskad elproduktion i kraftvärme vid tillgång på solel/vindel

24 Årlig värmeprofil för lägenhet om 100 m 2 vid årsbehov om 9800 kwh 4.0 Heat demand (kw) Daily average Annual average Jan 1-Feb 1-Mar 1-Apr 1-May 1-Jun 1-Jul 1-Aug 1-Sep 1-Oct 1-Nov 1-Dec Day

25 Kostnad för separat elproduktion med stenkol eller biobränsle med eller utan skadekostnad för utsläpp av växthusgaser Standalone electricity production cost ( /MWh) No tax 550ppm BAU Skadekostnad kopplat till 550 ppm CO 2 i atmosfären $30 per ton CO 2 Skadekostnad kopplat till Business-as-usual $85 per ton CO 2 Baserat på The Stern Review on the Economics of Climate Change, 2006 Adapted from: Truong, N.L. and Gustavsson, L., Minimum-cost district heat production systems of different sizes under different environmental and social cost scenarios. Applied Energy, (0): p coal bio Stern in the Guardian Nov 6, 2016: With hindsight, I now realise that I underestimated the risks. I should have been much stronger in what I said in the report about the costs of inaction. I underplayed the dangers.

26 Hur kan träbyggande, bioenergi och bilar samverka för minska klimatpåverkan? Förnybara resurseffektiva energi- och materialkedjor behövs Samproducerad bioel ökar systemverkningsgraden liksom förgasningsteknik med kombicykel Betydligt lägre primärenergibehov med elbilar än med biodrivmedelsbilar Betydligt större klimatfördelar med elbilar än med biodrivmedelsbilar Biodrivmedelsbilar kan ge en ökad klimatpåverkan under de första åren jämfört med bensin-och dieselbilar Integration av solel och vindel kan underlättas med elbilar och kraftvärmeproduktion Bioenergi behöver beaktas i ett övergripande systemperspektiv

27 Sweden and Norway adopt a 136-year-old technology to cut emissions. Jason Deign, September 29, 2016,

28 Tack för visat intresse! Frågor?